阅读说明：本技术 单晶硅晶圆的热处理方法 (Heat treatment method for single crystal silicon wafer ) 是由 曲伟峰 砂川健 中杉直 于 2018-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明为一种单晶硅晶圆的热处理方法,其为在氮化性气氛下对Nv区域的单晶硅晶圆进行RTA热处理后,进行第二热处理而将BMD密度控制至规定的BMD密度的热处理方法,所述单晶硅晶圆的热处理方法中,预先求出BMD密度与RTA温度的关系的关系式,根据所述关系式,确定用于得到所述规定的BMD密度的RTA温度。由此,提供一种单晶硅晶圆的热处理方法,其用于制造表面无缺陷且在块体部分具有规定的BMD密度的退火晶圆及外延晶圆。(The present invention is a heat treatment method for a single crystal silicon wafer, which is a heat treatment method for performing RTA heat treatment on a single crystal silicon wafer in an Nv region in a nitriding atmosphere and then performing a second heat treatment to control a BMD density to a predetermined BMD density, wherein a relational expression of a relationship between the BMD density and the RTA temperature is obtained in advance, and the RTA temperature for obtaining the predetermined BMD density is determined based on the relational expression. Thus, a method of heat-treating a single crystal silicon wafer for manufacturing an annealed wafer and an epitaxial wafer having no defects on the surface and a predetermined BMD density in the bulk portion is provided.)

单晶硅晶圆的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种单晶硅晶圆的热处理方法。

背景技术

以往进行的退火晶圆或外延晶圆的制造方法中，在氮化性气氛下对无缺陷的晶圆进行RTA处理，在晶圆中注入空位，然后进行热处理，由此在表面形成DZ层，同时在内部形成BMD，对块体部赋予吸杂能力。

例如，专利文献1中公开了以1150℃～1250℃的温度，对不含掺氮的OSF区域的理想区域(perfect region)的晶圆进行RTA，然后以低于RTA热处理温度的温度对硅晶圆进行热处理，在表层形成无缺陷层，同时进行使氧沉淀至内部的空位的沉淀处理。

此外，专利文献2中公开了通过氨气气氛下的RTA而在晶圆内部形成新的空位后，进行在晶圆内部形成氧沉淀物的热处理。

专利文献3中公开了在具有空位注入效果的气体气氛下进行1000～1250℃的RTA后，以600℃～1150℃、0.25～24小时的热处理控制晶圆的厚度方向的空位密度分布。

然而，这些热处理方法的目的在于以使晶圆的厚度方向的BMD分布成为所需的BMD分布的方式对其进行控制，未考虑BMD密度的控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-218620号公报

专利文献2：日本特开2011-243923号公报

专利文献3：日本特开2013-232668号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种单晶硅晶圆的热处理方法，其用于制造表面无缺陷且在块体部分具有规定的BMD密度的退火晶圆及外延晶圆。

解决技术问题的技术手段

为了解决上述技术问题，本发明提供一种单晶硅晶圆的热处理方法，其为在氮化性气氛下对Nv区域的单晶硅晶圆进行RTA热处理后，进行第二热处理而将BMD密度控制至规定的BMD密度的热处理方法，所述热处理方法的特征在于，预先求出BMD密度与RTA温度的关系的关系式，根据所述关系式，确定用于得到所述规定的BMD密度的RTA温度。

如此，若在氮化性气氛下对Nv区域的单晶硅进行RTA热处理，则在表面上形成DZ层，除了原本存在于单晶硅晶圆内部的空位以外，能够效率良好地向晶圆内部注入空位。

RTA热处理的空位的固溶度受温度与气氛的影响。此时，若将热处理气氛设为氮化性气氛，则即使在相同的RTA温度下，空位的固溶度也会变高，能够促进沉淀。

在本发明中，预先准备在能够向单晶硅晶圆中注入空位的范围(例如1150℃～1250℃)内规定了RTA温度的样本，然后以规定的条件进行第二热处理，在单晶硅晶圆中形成BMD，由此预先求出RTA温度与BMD密度的关系。

本发明中发现，若在氮化性气氛下进行RTA处理而注入空位后，通过后续的第二热处理，使空位(V)与单晶硅中的氧(Oi)进行反应而形成的氧沉淀核(V+Oi→VO、VO+Oi→VO₂等的复合体)生长，形成稳定的BMD，则可得到BMD密度与RTA温度间的规定的关系式。并且，若使用该关系式，则能够根据RTA温度预测BMD密度、或确定用于将BMD密度控制至规定的BMD密度的RTA温度。

本发明的所述第二热处理优选在850～950℃、2小时以上且小于32小时的范围内的条件下进行。

若所述第二热处理为上述温度范围的范围，则能够效率良好地使沉淀核生长，因此，若热处理时间为2小时以上，则能够形成稳定的BMD。此时，若考虑到热处理成本，则优选将热处理时间的上限设为小于32小时。

此外，若将热处理温度设为850℃以上，则能够使沉淀核效率良好地生长，若将热处理温度设为950℃以下，则沉淀核不会消失，因此能够使沉淀核效率良好地生长。

此时的热处理气氛例如可设为氩气或氧气气氛。

此外，优选将RTA热处理的氮化性气氛设为含有氨气的气氛，例如优选设为氨气与氩气的混合气氛。

若为这样的气氛，则能够效率良好地向单晶硅晶圆中注入空位。

发现若在这样的含氨气气氛下进行RTA后进行使沉淀核生长并稳定化的第二热处理，则BMD密度(/cm³)＝3×10⁴⁰exp(-8.86eV/kT)(其中，k：玻尔兹曼常数、T：RTA温度(K))的关系式在BMD密度为1×10⁹～1×10¹¹/cm³的范围内是成立的。

因此，使用该关系式，能够根据RTA温度推测BMD密度、或确定用于使BMD密度成为所需的BMD密度的RTA温度。

上述的关系式为在含氨气气氛下进行RTA的情况，在不同的氮化性气氛、例如在氮气气氛下进行RTA热处理时，预先准备规定了RTA温度的样本，在通过后续的第二热处理而形成稳定的BMD后，求出RTA温度与BMD密度的关系式。

并且，优选将本发明的RTA热处理的热处理时间设为1秒以上且小于10秒。

若进行RTA热处理，则会产生大量的空位，其与单晶硅基板中的氧进行反应，形成VO₂等复合体，通过后续的第二热处理，氧沉淀得到促进。

此时，空位的产生量依赖于RTA温度，不依赖于RTA时间。因此，对于热处理时间，只要RTA温度稳定即可，热处理时间只要为1秒以上，就能够得到本发明的关系式。

热处理时间的上限没有特别限定，但若考虑到热处理成本，则优选设为小于10秒。

进一步，优选将本发明的单晶硅晶圆的氧浓度设为13ppma(JEIDA)以上且小于17ppma(JEIDA)。

若为上述氧浓度的范围，则能够利用RTA热处理确实地形成氧沉淀核，能够确实地得到BMD密度与RTA温度的关系。

此时，若氧浓度为13ppma以上，则容易利用RTA热处理使沉淀核的尺寸生长至临界尺寸。

虽然本发明的BMD密度与RTA温度的关系式即使在氧浓度为17ppma以上的情况下也成立，但为了防止在电气特性等装置特性上产生问题，优选将氧浓度设为小于17ppma。

发明效果

如上所述，若为本发明的单晶硅晶圆的热处理方法，则能够根据预先求出的BMD密度与RTA温度的关系式，简单且精度良好地制造表面无缺陷且在块体部分具有规定的BMD密度的退火晶圆及外延晶圆。

附图说明

图1为表示本发明中求出的BMD密度与RTA温度的关系式的图表。

图2为表示本发明的所述关系式成立的图表。

具体实施方式

如上所述，在以往，在表面上形成DZ层，以对块体部赋予所需的BMD分布的方式对晶圆进行RTA热处理，然后，进一步进行作为第二热处理的使沉淀核生长的热处理。

本申请的发明人对上述技术问题进行了认真研究，结果发现，若在氮化性气氛下进行RTA处理而注入空位后，通过后续的热处理，使空位与单晶硅中的氧进行反应而形成的氧沉淀核生长，形成稳定的BMD，则可得到BMD密度与RTA温度间的规定的关系式。并且还发现，若使用该关系式，则能够根据RTA温度预测BMD密度、或确定用于将BMD密度控制至规定的BMD密度的RTA温度，从而完成了本发明。

即，本发明为一种单晶硅晶圆的热处理方法，其为在氮化性气氛下对Nv区域的单晶硅晶圆进行RTA热处理后，进行第二热处理而将BMD密度控制至规定的BMD密度的热处理方法，所述热处理方法的特征在于，

预先求出BMD密度与RTA温度的关系的关系式，

根据所述关系式，确定用于得到所述规定的BMD密度的RTA温度。

以下对本发明进行详细说明，但本发明不受其限定。

另外，本发明的“RTA热处理”为快速加热热处理，可通过市售的RTA热处理炉进行，该热处理是向晶圆内部注入空位，使其与单晶硅中的氧进行反应而形成氧沉淀核的热处理。此外，“第二热处理”为在RTA热处理后进行的热处理，该热处理是使形成的氧沉淀核生长，并使其稳定化的热处理。

在本发明中，在最初准备多片Nv区域的单晶硅晶圆(CW晶圆：化学蚀刻晶圆)，在氮化性气氛下规定RTA的温度后，加工成PW晶圆(镜面研磨晶圆)，然后进行用于使氧沉淀核生长并稳定化的第二热处理，进行单晶硅晶圆的块体中的BMD密度的测定。另外，Nv区域为原子适当的中性(N)区域中的空位(vacancy)占优势的区域，由于空位占优势，因此Nv区域为容易发生氧沉淀的区域。

然后，根据BMD密度与RTA温度的相关关系，求出BMD密度与RTA温度的关系式。

优选将此时的单晶硅晶圆的氧浓度设为13ppma(JEIDA)以上且小于17ppma(JEIDA)，将RTA热处理的热处理时间设为1秒以上且小于10秒，以850～950℃、2小时以上且小于32小时的条件进行第二热处理。

若为这样的条件的范围，则能够得到BMD密度与RTA温度的关系式。

例如，在氮化性气氛为含氨气气氛(氨与氩气的混合气氛)的情况下，下述关系式在RTA温度为1150～1250℃、BMD密度为1×10⁹～1×10¹¹/cm³的范围内是成立的：

BMD密度(/cm³)＝3×10⁴⁰exp(-8.86eV/kT)。

由于该关系式依赖于RTA的热处理气氛，因此需要预先在实际实施的RTA气氛下求出BMD密度与RTA温度的关系式。

在RTA温度为1150～1250℃的范围中，BMD密度伴随着RTA温度变高而变高。并且，若RTA温度高于1250℃，则BMD密度为一定的值或表现出下降些许的倾向。

认为这是由下述原因引起的：即使空位V的平衡浓度变高，但在高温区域中，由于RTA热处理工序中的沉淀核的形态会由VO₂转变为4VO₂，因此为了形成沉淀核会消耗大量的V。

此外，在本发明的热处理中，形成板状与多面体这两种BMD的形态，为板状时，尺寸为40～300nm(对角线长度)；为多面体时，尺寸为10～50nm(对角线长度)左右。

上文中，使用CW晶圆，在氮化性气氛下进行RTA热处理，在加工成PW晶圆之后进行第二热处理，但若只是求出BMD密度与RTA温度的关系，则也可以使用PW晶圆进行RTA热处理，然后进行第二热处理。

然后，使用预先求出的RTA温度与BMD密度的关系式，以成为规定的BMD密度的方式确定RTA温度、或根据RTA温度推测BMD密度。

例如，在含氨气气氛下进行RTA时，设定控制的BMD密度，使用下述关系式，确定RTA温度：

BMD密度(/cm³)＝3×10⁴⁰exp(-8.86eV/kT)。

然后，在制造具有规定的BMD密度的退火晶圆时，对Nv区域的单晶硅晶圆进行CW加工，在含氨气气氛下，在利用上述关系式所确定的温度下进行1秒以上且小于10秒的RTA热处理，形成氧沉淀核。

然后，对形成在表面的氮化膜进行PW加工而将其去除后，进行850～950℃、2～32小时的第二热处理，使氧沉淀核生长、稳定化。

可将该第二热处理的气氛设为氩气气氛或氧气气氛。

当第二热处理的气氛为氧气气氛时，为了去除形成在表面的氧化膜，需要使用氢氟酸进行洗涤。

进一步，还可以在以此方式得到的退火晶圆表面形成外延层，制成外延晶圆。

实施例

以下使用实施例及比较例对本发明进行具体说明，但本发明不受其限定。

[实施例1]

在实施例1中准备以下的晶圆，进行下述条件的热处理。

(单晶硅晶圆)

直径：300mm

缺陷区域：Nv区域

氧浓度：14ppma、16.3ppma(2级)

(RTA条件)

温度：1125～1275℃

时间：9秒

气氛：NH₃+Ar

(第二热处理条件)

温度：900℃

时间：2小时

气氛：Ar

在对由上述晶圆得到的抛光晶圆(PW)及外延晶圆(EPW)进行上述热处理后，进行780℃、3小时(O₂)+1000℃、2小时(3％O₂+97％N₂)的BMD明显化热处理，利用RIE法测定BMD密度，求出BMD密度与RTA温度的相关关系。

此时使用外延层的厚度为4μm的EPW。

其结果，确认到在RTA温度为1150～1250℃的范围内，BMD密度(/cm³)＝3×10⁴⁰exp(-8.86eV/kT)的关系式成立。图1示出了该相关式。

图中，RTA_ANN表示针对PW的RTA+900℃/2小时的热处理条件，RTA_ANN_EP表示针对EPW的RTA+900℃/2小时+4μm EP的热处理条件。

然后，为了在直径为300mm、缺陷区域为Nv区域、氧浓度为14ppma的单晶硅晶圆上形成密度为1.0×10¹⁰/cm³的BMD，使用上述求出的RTA温度与BMD密度的关系式，确定RTA温度为1198℃。

接着，对品质与上述使用的晶圆相同的另外的晶圆进行CW加工后，进行NH₃+Ar气氛、1198℃、9秒的RTA热处理，然后进行PW加工。

接着，以Ar气氛、900℃、2小时的条件进行第二热处理。

然后，进行780℃、3小时(O₂)+1000℃、2小时(3％O₂+97％N₂)的BMD明显化热处理，利用RIE法测定BMD密度，其结果，BMD密度为1.02×10¹⁰/cm³，能够形成目标BMD密度。

[实施例2]

在实施例2中，准备以下的晶圆，进行下述条件的热处理。

(单晶硅晶圆)

直径：300mm

缺陷区域：Nv区域

氧浓度：14ppma

(RTA条件)

温度：1200℃

时间：9秒

气氛：NH₃+Ar

(第二热处理条件)

温度：800～1000℃

时间：2小时

气氛：Ar

在进行上述热处理后，进行780℃、3小时(O₂)+1000℃、2小时(3％O₂+97％N₂)的BMD明显化热处理，利用RIE法测定BMD密度。

由于根据本发明的相关式求出的BMD密度为1.13×10¹⁰/cm³，因此确认到第二热处理为850～950℃的范围，RTA温度与BMD密度的相关式成立。

[比较例1]

使用与实施例1相同的直径为300mm、缺陷区域为Nv区域、氧浓度为14ppma的单晶硅晶圆，除了以将BMD密度控制为与实施例1相同的1.0×10¹⁰/cm³为目的，并将RTA温度设为1100℃以外，以与实施例1相同的条件进行BMD密度的测定。

其结果，BMD密度为1.1×10⁹/cm³，为与目标值大不相同的结果。

另外，本发明不受上述实施方式限定。上述实施方式为例示，具有与本发明的权利要求书中记载的技术构思实质相同的构成、并发挥相同作用效果的技术方案均包含在本发明的保护范围内。